apostolyukphd (814875), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Получены зависимости для расчета основных характеристикмикромеханических гироскопов и проведен их сравнительный анализ длягироскоповспоступательнымиивращательнымидвижениямичувствительного элемента.4. Созданы компьютерные программы аналитического и численногомоделирования динамики и погрешностей чувствительных элементов.НаучнаяновизнаполученныхВрезультатов.результатепроведенных исследований были получены следующие новые результаты,впервые полученные соискателем, которые выносятся на защиту:В научном плане1.Разработаныодномассовыхиобоснованныгироскоповпоступательнымиисматематическиесосредоточеннымивращательнымидвижениямимоделипараметрамидлясчувствительных17элементов, которые позволили исследовать механизм влияния вращенияоснованиянаосновныепараметрыдвиженияихчувствительныхэлементов. Составлены структурные схемы, получены передаточныефункции и частотные характеристики чувствительного элемента гироскопапрямого измерения и с обратной связью. Проведен анализ переходныхпроцессов, который позволил обосновать улучшение качества измеренияугловой скорости путем введения компенсационных обратных связей.2.
Разработана математическая модель погрешностей одномассовыхмикромеханических гироскопов с поступательным и вращательнымдвижением чувствительного элемента, обусловленных влиянием ускоренийи вибраций, перекрестной чувствительности, изменений температуры,дебаланса и несовпадения упругих и измерительных осей. Определено, чтонаиболее существенными из них являются изменения температуры,поступательные вибрации на рабочей частоте, несовпадение упругих иизмерительных осей.
Установлено, что возбуждение чувствительногоэлемента на собственной частоте первичных (возбуждаемых) колебанийобеспечивает минимум погрешности от поступательной вибрации имаксимальнуючувствительностьприбора,выборомотношенияпарциальных частот первичных и вторичных (вызванных вращениемоснования) колебаний определяется ширина полосы пропускания поугловой скорости, а предложенным в работе выбором рабочей точки длясистемытемпературнойстабилизацииможнозначительноснизитьтребования к ней. Из анализа влияния поступательных ускорений ивибрацийследуетгармоническогонеобходимостьсигнала,фильтрациисоответствующегорегистрируемоговторичнымколебаниямчувствительного элемента, на рабочей частоте прибора. Созданиемравножесткого подвеса устраняется погрешность от несовпадения упругихи измерительных осей.
Анализ математической модели, описывающейдинамику и основные погрешности камертонного гироскопа, позволил18установить, что влияние системы возбуждения на точность измеренияугловой скорости не существенно, а возбуждение прибора на собственнойчастоте первичных колебаний приводит к уменьшению погрешности отвлиянияпоступательныхвибрацийоснованиянанесимметричныйчувствительный элемент.В прикладном плане1. На основе разработанной математической модели одномассовыхмикромеханических гироскопов и анализа их погрешностей полученызависимости для расчета и оптимизации основных характеристик прибора:шириныполосыпропускания,масштабногокоэффициентаиегостабильности, смещения нуля, разрешающей способности. Предъявленытребования к угловой точности монтажа чувствительного элемента исходяизтребуемоймаксимальнойвеличинысмещениянуля.Проведенсравнительный анализ характеристик гироскопов с поступательным ивращательным движениями чувствительного элемента.2.
Исходя из составленной математической модели гребенчатогодвигателя системы возбуждения получены зависимости для расчетапроектируемойглубиныустановкигребенчатыхструктур,котораяобеспечивает максимальную эффективность работы двигателя.3. Разработаны программы аналитического расчета составляющихматематической модели и автоматического расчета характеристик ипараметров одномассового чувствительного элемента с дополнительнойрамкой на языке Mathematica 3.0, программы численного моделированиядвижениячувствительногоэлементаодномассовыхвибрационныхгироскопов с сосредоточенными параметрами прямого измерения и соскоростной обратной связью на основе полных уравнений движения наязыке Matlab 5.0.Практическое значение полученных результатов. Научные ипрактические результаты диссертационной работы использовались:191.
Киевским научно-исследовательским институтом “Орион” присозданиичувствительногоэлементаэкспериментальногомикромеханического гироскопа в виде математической модели, расчетныхсоотношений для основных погрешностей гироскопа, рекомендаций повыбору параметров инерционной массы чувствительного элемента.Отмечено, что проведенные автором исследования позволяют повыситьточность и улучшить измерительные характеристики микромеханическихгироскопов (см.
приложение Д).2.МинистерствомобразованияУкраиныврамкахпроекта“Разработка структуры и исследование навигационного блока аппаратурыобеспечения безопасности судоходства в акватории портов” (тема №2330)в виде математической модели датчика угловой скорости на основемикромеханического гироскопа, расчетных соотношений для основныхпогрешностей и характеристик датчика угловой скорости, и программыавтоматического проектирования чувствительного элемента гироскопа длязаданных желаемых характеристик.3.Кафедрой“Приборыи системыуправлениялетательнымиаппаратами” НТУУ “КПИ” при чтении курса лекций “Чувствительныеэлементы гироинерциальных систем”, подготовке к изданию методическихуказаний к изучению раздела “Микромеханические гироскопы”.Полученные результаты и предложенные в работе рекомендациимогут использоваться для разработки и проектирования не толькомикромеханических гироскопов, но и вообще одномассовых вибрационныхгироскопов с сосредоточенными параметрами.Степень обоснованности научных исследований, выводов ирекомендаций.рекомендацииНаучныеипрактическиесформулированыаналитическогомикромеханическихиначисленногогироскоповнаосновеположения,сравнениямоделированиявращающемсявыводыирезультатовдинамикиоснованиис20экспериментальными данными.
При испытаниях экспериментальногообразца карданового микромеханического гироскопа в Киевском научноисследовательскоминституте “Орион”былиполучены результаты,которые подтверждают правильность расчетных соотношений.Апробацияпрактическиерезультатоврезультатыдиссертационнойдиссертационнойработы.работыНаучныеидокладывались,обсуждались и получили позитивную оценку на следующих конференциях:международная научно-техническая конференция “Современные научнотехнические проблемы гражданской авиации”( Москва, 1996, [61]); 1-аянациональная научно-техническая конференция “Гіротехнології, навігаціята управління рухом” (Киев, 1996, [63]); IV Санкт-Петербургскаямеждународная научно-техническая конференция по интегрированнымнавигационнымсистемам(Санкт-Петербург,международнаянаучно-техническая1997,конференция[62]);2-ая“Гіротехнології,навігація та управління рухом” (Киев, 1997, [64]); международная научнотехническая конференция “Приборостроение-98” (Евпатория, 1998, [65]);юбилейнаянаучно-техническаяконференция“Приборыисистемыориентации, стабилизации и навигации” (Москва, 1998, [66]).Публикации.
Основные результаты работы опубликованы в 4-хстатьях и 5-ти материалах и тезисах докладов.Диссертационная работа состоит из 5 глав, заключения и приложений.Глава 1 посвящена обзору литературы, постановке задачи иизложению основных результатов, выносимых на защиту.Глава 2 содержит составление уравнений движения чувствительныхэлементов, анализ движения на вращающемся основании и исследованияосновных погрешностей камертонного и карданового вибрационныхгироскопов.Глава3осцилляторныхсодержитобобщенную(одномассовых)математическуювибрационныхмодельгироскоповс21сосредоточенными параметрами в рамках которой рассмотрены базоваяматематическая модель, анализ динамики и переходных процессоводномассовых гироскопов прямого измерения и с обратной связью винформативных амплитудно-фазовых переменных.Глава4содержитисследованиеосновныхпогрешностеймикромеханического вибрационного гироскопа и методов их уменьшения.Глава5посвященаприкладнымаспектампроектированиямикромеханических гироскопов и расчета их элементов, и содержитфункциональные схемы одномассовых гироскопов, расчет гребенчатогодвигателя, методику расчета основных характеристик микромеханическогогироскопа.В заключении сформулированы основные результаты работы.В приложениях изложены методики и результаты численного ианалитического моделирований микромеханических гироскопов, а такженекоторыеаспектыисследованияпогрешностейгироскопов, не вошедшие в основную часть работы.микромеханических222.
АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ОСНОВНЫХ ВИДОВМИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ГИРОСКОПОВРассмотрим принципы действия, особенности динамики и основныепогрешностиосцилляторныхмикромеханическихвибрационныхгироскопов с сосредоточенными параметрами различных конструктивныхсхем, которые являются наиболее распространенными в настоящее время.2.1. Камертонная схема микромеханического гироскопаВ настоящее время при разработке микромеханических датчиковугловых скоростей используют как классическую камертонную схему, такивозможныееемодификации.Примеромэтогоможетслужитьмикромеханический камертонный гироскоп TFG (Tuning Fork Gyro),разработанный в Draper Laboratory Inc. Как и все микромеханическиедатчики,камертонныйиспользованиемгироскоптехнологийизготовляетсяполупроводниковойизкремниясмикроэлектроники.Необходимой составляющей разработки гироскопа является исследованиеего динамики.2.1.1.Кинематическаясхемаиуравнениядвижениячувствительного элементаВ общем случае конструкция чувствительного элемента камертонногогироскопа представляет собой две инерционные массы, размещенные вупругом подвесе, обеспечивающем каждой из них по меньшей мере двестепени свободы.
При помощи внешних датчиков силы возбуждаютсягармоническиеколебанияинерционныхмассв противофазе.Привозбуждении колебаний по одной из координат в присутствии переноснойугловой скорости возникают колебания в направлении другой координаты.23Рассмотрим плоскую конструкцию, состоящую из двух симметричнорасположенных инерционных масс (1 и 2 на рис. 2.1), прикрепленных коснованию при помощи упругого подвеса. В состав упругого подвесавходят упругие элементы и жесткая рамка (3). Инерционные массыкрепятся к рамке посредством упругих элементов, которые обеспечиваютим поступательные перемещения по отношению к рамке в двух взаимноперпендикулярных направлениях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
